При создании или изготовлении антенны следует учитывать несколько важных конструктивных аспектов. В интернете есть множество статей, предлагающих пошаговые инструкции по изготовлению. В них подробно рассказывается о размерах антенны, необходимых компонентах и крепёжных элементах, таких как изоляторы, зажимы, болты и т.д.
Поэтому не будем останавливаться на этих деталях.
Однако позвольте затронуть некоторые другие важные конструктивные аспекты, которые обычно не освещаются в большинстве статей для самостоятельного изготовления. Например, какой тип и размер проводника следует использовать для диполя? Каковы последствия использования изолированного или оголённого проводника? Насколько прочной будет антенна? Какую ветровую нагрузку от штормов сможет выдержать конструкция до разрушения? и т.д.
Тип проводника:
Радиолюбители используют различные проволочные проводники для создания диполей и других типов проволочных антенн. Тщательный и разумный выбор типа провода часто окупается в долгосрочной перспективе. Медь обычно является предпочтительным материалом. Она обладает низким электрическим сопротивлением, хорошей пластичностью и ковкостью, а окисленная медь, в отличие от окисленного алюминия, является проводящей. В типичных условиях развёртывания антенн окисление металлов — довольно распространённое явление.
Медные провода бывают как одножильными, так и многожильными. Оба этих типа могут использоваться для изготовления высокочастотных антенн. Однако проводники из проволоки в основном бывают двух основных типов обработки металла: твёрдотянутые или отожжённые. Твёрдотянутая медная проволока прочнее и обладает более высокой прочностью на разрыв, но она жёсткая и относительно менее гибкая, чем отожжённая медная проволока. Типичные медные проводники, доступные для обычного бытового использования, — это отожжённые провода.
Другим особым типом проволоки, используемой для изготовления антенн, является стальная проволока с медным покрытием (CCS). По сути, это стальная проволока, но с тонким слоем меди на поверхности, образующим спаянный внешний слой. Проволока CCS сочетает в себе лучшее из обоих миров. Благодаря стальному сердечнику она обладает прочностью стали на разрыв, в то время как внешний медный слой обеспечивает высокую электропроводность (низкое удельное сопротивление) меди. Для электрического ВЧ-тока низкая проводимость стального сердечника не имеет значения, поскольку из-за скин-эффекта ВЧ-ток ограничивается внешней поверхностью, где находится медь.
Проволока из стали с медным покрытием (CCS) имеет стальной сердечник с тонким слоем меди на внешней стороне. Такая проволока сочетает высокую прочность стали и хорошую проводимость меди. Проволока CCS обычно применяется в большинстве профессиональных или ответственных установок антенн.
Прочность проволоки на разрыв играет важную роль в определении её прочности. Существует два способа её определения. Предел прочности на разрыв определяет напряжение, при котором проволока разрывается после необратимого растяжения. Другой параметр — предел текучести материала, который определяет уровень напряжения, выше которого начинаются необратимые деформации или повреждения.
При проектировании антенн нас больше интересует предел текучести материалов, чтобы определить допустимые пределы структурных напряжений.
Свойства и применение различных типов проводов, используемых в антенной технике.
Для целей его статьи, возможно, будет достаточно отметить следующее…
- Отожжённая медь — типичный предел текучести составляет 33,3 МПа = 3,4 кгс/мм2. Это означает, что проволока диаметром 2,25 мм с поперечным сечением 4 мм2 сможет выдержать максимальное линейное напряжение в 13,6 кгс (30 фунтов), а проволока диаметром 4 мм (поперечное сечение 12 мм2) — до 40,8 кгс (90 фунтов) и так далее…
- Твёрдая тянутая медь — типичный предел текучести составляет 58 МПа = 5,9 кгс/мм2. Это означает, что проволока диаметром 2,25 мм с поперечным сечением 4 мм2 сможет выдержать максимальное линейное напряжение в 23,7 кгс (52 фунта), в то время как проволока диаметром 4 мм (поперечное сечение 12 мм2) выдержит до 71 кгс (156 фунтов) и так далее…
- Плакированная медью сталь (CCS) — типичный предел текучести составляет 204 МПа = 20,8 кгс/мм2. Это означает, что проволока диаметром 2,25 мм с поперечным сечением 4 мм2 сможет выдержать максимальное линейное напряжение в 83,3 кгс (183 фунта), в то время как проволока диаметром 4 мм (поперечное сечение 12 мм2) выдержит до 250 кгс (550 фунтов) и так далее…
Важно выбрать правильный тип провода, а также подходящий диаметр для использования в проволочной антенне. В случае с высокочастотным диполем верхнего диапазона выбор провода становится ещё более важным, поскольку длина диполя может быть большой. Диполь необходимо закрепить между концевыми опорами с достаточным натяжением (усилием натяжения), чтобы предотвратить чрезмерное провисание, и в то же время следить за тем, чтобы натяжение не превышало допустимые пределы.
Влияние изоляции проводника:
В дипольных антеннах, устанавливаемых радиолюбителями, вместо оголённых проводов часто используется многожильный медный провод с изоляцией из ПВХ. Это вполне приемлемо, но нужно учитывать несколько моментов. Прежде всего важно понимать, что коэффициент скорости (КС) изолированного провода всегда немного ниже, чем у оголённого провода. Разница в КС зависит от диэлектрических свойств изоляции и её толщины. Как правило, это приводит к смещению резонансной частоты диполя в сторону более низких частот. Другими словами, если исходная длина диполя была рассчитана для неизолированного проводника, то для резонанса на той же частоте изолированный провод нужно будет немного укоротить. Обычно длина уменьшается примерно на 3–5 % в зависимости от материала и толщины изоляции.
Влияние смены времён года и погоды:
С изменением времени года меняется и температура. Это приводит к линейному расширению или сжатию дипольного провода по всей его длине в соответствии с тепловым коэффициентом линейного расширения материала провода. Диполь, установленный летом с очень натянутым проводом, может сжиматься зимой, что приводит к дополнительному растяжению провода. Если это напряжение превысит допустимый предел, провод антенны может оборваться. Кроме того, во многих странах зимой часто выпадает снег. Снег может налипать на дипольный провод, распределяя вес по всей его длине. Это приводит к дополнительному растяжению провода, что также может привести к обрыву диполя. С другой стороны, если дипольный провод натянут должным образом для зимы, летом он будет провисать.
Хотя увеличение длины из-за теплового расширения обычно не приводит к заметной расстройке диполя, рекомендуется позаботиться о решении структурных проблем, связанных с тепловым расширением. Простое решение — закрепить дипольный провод на одном конце, а другой конец оставить свободным. Хитрость заключается в том, чтобы перекинуть свободный конец через блок и прикрепить к нему груз, чтобы провод оставался натянутым независимо от погодных условий. Таким образом, сила натяжения провода всегда постоянна и регулируется по желанию.
Если говорить о проблемах, связанных с погодными условиями, то ещё одним важным фактором является защита от воздействия влаги, дождя и ультрафиолетового излучения. Если при установке антенны не соблюдать осторожность, то со временем эти факторы могут привести к поломке. Обязательно защищайте все неметаллические части антенны от ультрафиолетового излучения. Либо выбирайте материал, устойчивый к ультрафиолетовому излучению, либо используйте какое-либо защитное покрытие. Проблемы, связанные с дождём и влагой, также характерны для антенных систем. Все концы кабелей и изолированных проводов должны быть защищены от просачивания или попадания влаги. Металлические соединения, винты, болты и т. д. должны быть изготовлены из материалов, совместимых с точки зрения гальванического потенциала, чтобы предотвратить чрезмерную коррозию.
Ветровая нагрузка и разрушение конструкции:
Дипольная проволочная антенна благодаря своей простой конструкции не так подвержена разрушению из-за ветровой нагрузки. Ветровая нагрузка во время сильных штормов, торнадо, ураганов, циклонов и т.д. может быть катастрофической для больших любительских радиоантенн. Однако проектирование антенн, способных выдерживать штормы, — это точная наука, и поэтому можно создавать надёжные конструкции антенн. К сожалению, радиолюбители часто не уделяют должного внимания проектированию конструкций и поэтому полагаются на волю случая…
В случае проволочного диполя типичным слабым звеном конструкции являются конечные точки сегментов антенной проволоки. Нагрузка на антенную проволоку, вызванная скоростью ветра, пропорциональна квадрату скорости. Следовательно, даже при незначительном увеличении скорости ветра сила ветра быстро возрастает. После определённого увеличения скорости ветра сила ветра становится настолько большой, что превышает предел прочности сечения проволоки. На этом этапе происходит необратимое удлинение проволоки. После этого, при превышении предельного значения прочности, проволока может оборваться в любой из своих конечных точек.
Более толстые провода, даже если они изготовлены из того же материала, смогут выдержать более высокую скорость ветра. Хотя сила ветровой нагрузки увеличивается пропорционально диаметру провода, допустимое напряжение, основанное на пределе текучести, увеличивается пропорционально квадрату диаметра.
VU2NSB
